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摘 要通常的安防监控系统主要由闭路监控系统组成，它从拍摄到图像显示和记录构成独立完整的系统。对于个人家庭用户来说，安装这样的安防系统所用的成本较高。设计实现一种基于Arduino平台的低成本家庭用安防监控系统。它通过人体传感器扑捉外界信息，有人经过时，触发串口摄像头进行拍照，并将照片存入SD卡中。经试验，设计的系统很好的完成安防目的。
关键词家用安防；串口摄像头；SD卡
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)011-0114-01
安防监控系统是应用光纤、同轴电缆或微波在其闭合的环路内传输视频信号，并从摄像到图像显示和记录构成独立完整的系统。它能实时、形象、真实地反映被监控对象，它可以在恶劣的环境下代替人工进行长时间监视，通过录像机记录下来。同时报警系统设备对非法入侵进行报警。
在一般的小区安防中，闭路监控电视子系统占有重要的位置，属于小区安全防范的第一道防线。一般来说闭路监控系统是由发展商为整个小区建设的，很少针对业主的住宅建设监控系统，这就需要业主自行建设该系统。业主自行搭建该系统如采用传统的视频监控则成本很高。本文使用Aruino平台+串口摄像头+SD卡的安防解决方案，可以实现在家中无人时，感应人体信号并自动拍照，并将拍摄的照片存入SD卡中。
本文使用的Arduino平台，是一个基于开放源代码的软硬件平台，构建于开放源代码simple I/O 接口版（包括12通道数字GPIO，4通道PWM输出，6-8通道10bit ADC输入通道），并且具有使用类似Java，C语言的IDE集成开发环境。使用Arduino平台的好处是：
1）开放源代码的电路图设计，程序开发接口免费下载，也可依需求自己修改。2）使用低价格的微处理控制器（ATMEGA8或ATmega168）。可以采用USB接口供电，不需外接电源。也可以使用外部9VDC输入。3）Arduino支持ISP在线烧，可以将新的“bootloader”固件烧入ATmega8或ATmega168芯片。有了bootloader之后，可以通过串口或者USB to Rs232线更新固件。
因而采用Arduino平台可以体现其在快速开发和降低成本方面的优势。
在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，人体热释电红外传感器就是靠探测人体发射的10uM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10uM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。
本文使用GXT-Y201串口摄像头模组，具有串口抓拍高清晰图像的功能。串口摄像头模组是通过串口获取JPG图像的模块，可以很容易集成到设备中去，让设备具有图像抓拍功能。控制芯片可以通过串口发送拍照指令拍摄图片，通过读数据指令读取图片数据。
SD卡在现在的日常生活与工作中使用非常广泛，时下已经成为最为通用的数据存储卡。在诸如MP3、数码相机等设备上也都采用SD卡作为其存储设备。SD卡之所以得到如此广泛的使用，是因为它价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点。既然它有着这么多优点，那么如果将它加入到单片机应用开发系统中来，将使系统变得更加出色。
SD卡支持两种总线方式：SD方式与SPI方式。其中SD方式采用6线制，使用CLK、CMD、DAT0 -DAT3进行数据通信。而SPI方式采用4线制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut进行数据通信。SD方式时的数据传输速度与SPI方式要快，采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式，见图1。
人体传感器感应到有人靠近时，产生一个中断信号，Arduino通过UART口向串口摄像头发送拍照指令，然后发送读数据指令，读取窗口摄像头中的jpg文件数据。Arduino通过SPI接口，将读取的文件数据以jpg文件格式写入SD卡中。
Jpg图片文件写入SD卡时，需要用到FAT文件系统。FAT（File Allocation Table）是“文件分配表”的意思。用来记录文件所在位置的表格，它对于硬盘的使用是非常重要的，假若丢失文件分配表，那么硬盘上的数据就会因无法定位而不能使用了。不同的操作系统所使用的文件系统不尽相同，在个人计算机上常用的操作系统中，MS-DOS 6.x及以下版本使用FAT16；OS/2使用HPFS；Windows NT则使用NTFS；而MS-DOS 7.10及ROM-DOS 7.10同时提供了FAT16及FAT32供用户选用。其中我们接触最多的是FAT16、FAT32文件系统。本文使用FAT16文件系统储存jpg文件。
FAT16使用了16位的空间来表示每个扇区（Sector）配置文件的情形，故称之为FAT16。FAT16由于受到先天的限制，因此每超过一定容量的分区之后，它所使用的簇（Cluster）大小就必须扩增，以适应更大的磁盘空间。所谓簇就是磁盘空间的配置单位，就象图书馆内一格一格的书架一样。每个要存到磁盘的文件都必须配置足够数量的簇，才能存放到磁盘中。FAT16各分区与簇大小的关系如下：
分区大小 FAT16簇大小
16MB-127MB 2KB
128MB-255MB 4KB
256MB-511MB 8KB
512MB-1023MB 16KB
1024MB-2047MB 32KB
由上可知，FAT16文件系统有两个最大的缺点：
1）磁盘分区最大只能到2GB。
2）使用簇的大小不恰当。试想，如果一个只有1KB大小的文件放置在一个1000MB的磁盘分区中，它所占的空间并不是1KB，而是16KB，足足浪费了15KB！因而簇选择不当会造成磁盘空间的浪费。
因为本应用使用的是2GSD卡作为存储设备，固采用相对简单的FAT16文件系统。
经验证，本文设计的系统可以很好的满足家庭安防的需要。系统实物图如图2。
参考文献
[1]张宁,王言章.基于MSP430和CF卡的FAT16文件系统设计[J].长春理工大学学报,2006,01.
[2]院泽嘉,董金明.FAT16文件系统在嵌入式操作系统uC-OS中实现[J].电子测量技术,2005,06.
[3]邓剑,杨晓非,廖俊卿.FAT文件系统原理及实现[J].计算机与数字工程,2005,09.
作者简介
李德骏，教授，武汉纺织大学电信学院，研究方向：数字图像处理。
马孝辉，硕士研究生，武汉纺织大学电信学院，研究方向：数字图像处理。
关键词家用安防；串口摄像头；SD卡
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)011-0114-01
安防监控系统是应用光纤、同轴电缆或微波在其闭合的环路内传输视频信号，并从摄像到图像显示和记录构成独立完整的系统。它能实时、形象、真实地反映被监控对象，它可以在恶劣的环境下代替人工进行长时间监视，通过录像机记录下来。同时报警系统设备对非法入侵进行报警。
在一般的小区安防中，闭路监控电视子系统占有重要的位置，属于小区安全防范的第一道防线。一般来说闭路监控系统是由发展商为整个小区建设的，很少针对业主的住宅建设监控系统，这就需要业主自行建设该系统。业主自行搭建该系统如采用传统的视频监控则成本很高。本文使用Aruino平台+串口摄像头+SD卡的安防解决方案，可以实现在家中无人时，感应人体信号并自动拍照，并将拍摄的照片存入SD卡中。
本文使用的Arduino平台，是一个基于开放源代码的软硬件平台，构建于开放源代码simple I/O 接口版（包括12通道数字GPIO，4通道PWM输出，6-8通道10bit ADC输入通道），并且具有使用类似Java，C语言的IDE集成开发环境。使用Arduino平台的好处是：
1）开放源代码的电路图设计，程序开发接口免费下载，也可依需求自己修改。2）使用低价格的微处理控制器（ATMEGA8或ATmega168）。可以采用USB接口供电，不需外接电源。也可以使用外部9VDC输入。3）Arduino支持ISP在线烧，可以将新的“bootloader”固件烧入ATmega8或ATmega168芯片。有了bootloader之后，可以通过串口或者USB to Rs232线更新固件。
因而采用Arduino平台可以体现其在快速开发和降低成本方面的优势。
在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，人体热释电红外传感器就是靠探测人体发射的10uM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10uM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。
本文使用GXT-Y201串口摄像头模组，具有串口抓拍高清晰图像的功能。串口摄像头模组是通过串口获取JPG图像的模块，可以很容易集成到设备中去，让设备具有图像抓拍功能。控制芯片可以通过串口发送拍照指令拍摄图片，通过读数据指令读取图片数据。
SD卡在现在的日常生活与工作中使用非常广泛，时下已经成为最为通用的数据存储卡。在诸如MP3、数码相机等设备上也都采用SD卡作为其存储设备。SD卡之所以得到如此广泛的使用，是因为它价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性与安全性强等优点。既然它有着这么多优点，那么如果将它加入到单片机应用开发系统中来，将使系统变得更加出色。
SD卡支持两种总线方式：SD方式与SPI方式。其中SD方式采用6线制，使用CLK、CMD、DAT0 -DAT3进行数据通信。而SPI方式采用4线制，使用CS、CLK、DataIn、DataOut进行数据通信。SD方式时的数据传输速度与SPI方式要快，采用单片机对SD卡进行读写时一般都采用SPI模式，见图1。
人体传感器感应到有人靠近时，产生一个中断信号，Arduino通过UART口向串口摄像头发送拍照指令，然后发送读数据指令，读取窗口摄像头中的jpg文件数据。Arduino通过SPI接口，将读取的文件数据以jpg文件格式写入SD卡中。
Jpg图片文件写入SD卡时，需要用到FAT文件系统。FAT（File Allocation Table）是“文件分配表”的意思。用来记录文件所在位置的表格，它对于硬盘的使用是非常重要的，假若丢失文件分配表，那么硬盘上的数据就会因无法定位而不能使用了。不同的操作系统所使用的文件系统不尽相同，在个人计算机上常用的操作系统中，MS-DOS 6.x及以下版本使用FAT16；OS/2使用HPFS；Windows NT则使用NTFS；而MS-DOS 7.10及ROM-DOS 7.10同时提供了FAT16及FAT32供用户选用。其中我们接触最多的是FAT16、FAT32文件系统。本文使用FAT16文件系统储存jpg文件。
FAT16使用了16位的空间来表示每个扇区（Sector）配置文件的情形，故称之为FAT16。FAT16由于受到先天的限制，因此每超过一定容量的分区之后，它所使用的簇（Cluster）大小就必须扩增，以适应更大的磁盘空间。所谓簇就是磁盘空间的配置单位，就象图书馆内一格一格的书架一样。每个要存到磁盘的文件都必须配置足够数量的簇，才能存放到磁盘中。FAT16各分区与簇大小的关系如下：
分区大小 FAT16簇大小
16MB-127MB 2KB
128MB-255MB 4KB
256MB-511MB 8KB
512MB-1023MB 16KB
1024MB-2047MB 32KB
由上可知，FAT16文件系统有两个最大的缺点：
1）磁盘分区最大只能到2GB。
2）使用簇的大小不恰当。试想，如果一个只有1KB大小的文件放置在一个1000MB的磁盘分区中，它所占的空间并不是1KB，而是16KB，足足浪费了15KB！因而簇选择不当会造成磁盘空间的浪费。
因为本应用使用的是2GSD卡作为存储设备，固采用相对简单的FAT16文件系统。
经验证，本文设计的系统可以很好的满足家庭安防的需要。系统实物图如图2。
参考文献
[1]张宁,王言章.基于MSP430和CF卡的FAT16文件系统设计[J].长春理工大学学报,2006,01.
[2]院泽嘉,董金明.FAT16文件系统在嵌入式操作系统uC-OS中实现[J].电子测量技术,2005,06.
[3]邓剑,杨晓非,廖俊卿.FAT文件系统原理及实现[J].计算机与数字工程,2005,09.
作者简介
李德骏，教授，武汉纺织大学电信学院，研究方向：数字图像处理。
马孝辉，硕士研究生，武汉纺织大学电信学院，研究方向：数字图像处理。